一種生物質(zhì)導(dǎo)電炭中石墨微晶的測定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種生物質(zhì)導(dǎo)電炭中石墨微晶的測定方法。包括以下步驟：1）將生物質(zhì)導(dǎo)電炭浸漬于酸溶液中，洗去灰分和催化劑；2）將酸洗后的生物質(zhì)導(dǎo)電炭用去離子水濾洗后置在干燥爐中進行加熱烘干；3）測量電阻率并根據(jù)電阻率的大小決定稱取樣品的質(zhì)量；4）在馬沸爐(300～500℃)中,空氣氣氛中，將無定形碳氧化去除，分離出石墨微晶；5）最后分析石墨微晶的含量，定量描述生物質(zhì)導(dǎo)電炭制備過程中石墨化的進程。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明將石墨微晶從生物質(zhì)導(dǎo)電炭中徹底分離開來，實現(xiàn)了無定形碳與石墨微晶轉(zhuǎn)變的量化，提供了一種更易于工業(yè)應(yīng)用的石墨微晶的測定方法。
【專利說明】—種生物質(zhì)導(dǎo)電炭中石墨微晶的測定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)導(dǎo)電炭中石墨微晶的測定方法，屬于生物質(zhì)能清潔利用領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子技術(shù)不斷發(fā)展，手機、電腦、電視、微波爐的普及以及計算機通訊網(wǎng)絡(luò)、無線電、電視發(fā)射臺和轉(zhuǎn)播臺的建立使得人們無時無刻不暴露在電磁波的危害中，電磁污染也被認為是繼空氣污染、水污染、噪音污染后的又一大污染源。當下常用的電磁屏蔽材料主要以金屬材料為主，但是成本高、易腐蝕、密度大等缺點限制了它的大規(guī)模使用。
[0003]生物質(zhì)作為一種可再生資源，具有清潔、安全、可持續(xù)等特點。中國作為一個傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，擁有巨大的生物質(zhì)資源，如何有效利用這些資源將成為未來研究的重點。研究表明生物質(zhì)在高溫催化炭化后得到的生物質(zhì)導(dǎo)電炭具有較好的導(dǎo)電性，這為它替代傳統(tǒng)金屬材料成為新的電磁屏蔽材料提供了可能。
[0004]生物質(zhì)導(dǎo)電炭中主要含有無定形碳和石墨晶體兩種結(jié)構(gòu)。無定形碳內(nèi)部結(jié)構(gòu)的碳原子六角形環(huán)狀平面形成的層狀結(jié)構(gòu)零亂而不規(guī)則，晶體形成有缺陷，總體來說屬于非晶體，導(dǎo)電性比較差；而在石墨結(jié)晶體中，同層的六個碳原子以sp2雜化方式在同一個平面上形成了正六連連形的環(huán)，伸展成片層結(jié)構(gòu)，在同一平面的碳原子還各剩下一個P軌道，它們相互重疊，電子比較自由，因而導(dǎo)電性比較好。生物質(zhì)導(dǎo)電炭具有導(dǎo)電特性的原因一般認為是在高溫催化炭化過程中，無定形碳不斷地石墨化，導(dǎo)致石墨微晶的含量相應(yīng)地增加，因而生物質(zhì)導(dǎo)電炭的導(dǎo)電性能與石墨化的進程是密切相關(guān)的。
[0005]現(xiàn)階段常用的表征石墨化程度的分析技術(shù)主要有XRD和拉曼光譜等。XRD分析一般只能用于物相的定性分析，而對于定量分析則要求極高的標準樣品且需要繁瑣的標定過程，實際中應(yīng)用很少。拉曼分析主要通過D峰和G峰的強度來表征石墨化程度，但至今沒有一個統(tǒng)一的分析標準，因而以此進行定量分析并不是很準確。本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，將石墨微晶分離出來再進行分析，提供了一種更為簡單、準確、易于實際應(yīng)用的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種生物質(zhì)導(dǎo)電炭中石墨微晶的測定方法。
[0006]生物質(zhì)導(dǎo)電炭中石墨微晶的測定方法包括以下步驟:
O酸洗處理:將生物質(zhì)導(dǎo)電炭浸潰到酸溶液中攪拌12?24h ；
2)洗滌干燥:將步驟I)中酸洗后的生物質(zhì)導(dǎo)電炭置于濾紙上，用去離子水進行濾洗直至濾液呈中性后，置于100°C?150°C的干燥箱內(nèi)干燥3?6h，冷卻至常溫；
3)測量電阻并取樣:測量經(jīng)過步驟2)處理后產(chǎn)物的體積電阻率P，并稱取質(zhì)量為％的樣品3?5份，當電阻率P ^ I Ω.cm時,取11^=2.0OOg, I Ω.cm<電阻率P ^ 10 Ω.cm時，取叫=5.0OOg ； 4)石墨微晶的分離:將步驟3)中的3?5份樣品置于馬沸爐中，空氣氣氛下，溫度300?500°C之間灼燒4?5h，冷卻至常溫，稱量，當最后兩次稱量質(zhì)量差小于0.0Olg且時間間隔大于15min時，獲得生物質(zhì)導(dǎo)電炭中石墨微晶，稱取質(zhì)量為m2 ；
5)石墨微晶的測定:每份生物質(zhì)導(dǎo)電炭樣品中石墨微晶的含量為Hl2Al1，取平均值。
[0007]所述的步驟I)中酸溶液為鹽酸或硝酸，摩爾濃度為lmol/L。
[0008]本發(fā)明的有益效果為:針對XRD和拉曼分析的缺點，本方法具有，操作簡單、定量數(shù)據(jù)測量、直接獲得石墨微晶，排除無定形炭的干擾等等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為900°C采用鎳基催化劑的XRD圖；
圖2為900°C沒有采用催化劑的XRD圖。

【具體實施方式】
[0010]無定形碳總體上屬于非晶體，而石墨微晶屬于晶體，兩者結(jié)構(gòu)上的差異，使得兩者具有截然不同的物理性質(zhì)。本發(fā)明首先用酸洗去生物質(zhì)導(dǎo)電炭中的灰分和催化劑，只留下無定形碳和石墨微晶；再通過電阻率的大小初步判斷石墨化程度，決定下一步進一步進行處理的樣品的質(zhì)量；最后利用無定形碳和石墨微晶的氧化溫度巨大差異，使得無定形碳在300?500°C之間率先氧化而留下石墨微晶的結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)了石墨微晶的分離，可定量描述生物質(zhì)導(dǎo)電炭制備過程中石墨化的轉(zhuǎn)變進程，為制備導(dǎo)電性更好的生物質(zhì)導(dǎo)電炭提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)和參數(shù)支持。
[0011]生物質(zhì)導(dǎo)電炭中石墨微晶的測定方法包括以下步驟:
O酸洗處理:將生物質(zhì)導(dǎo)電炭浸潰到酸溶液中攪拌12?24h ；
2)洗滌干燥:將步驟I)中酸洗后的生物質(zhì)導(dǎo)電炭置于濾紙上，用去離子水進行濾洗直至濾液呈中性后，置于100°C?150°C的干燥箱內(nèi)干燥3?6h，冷卻至常溫；
3)測量電阻并取樣:測量經(jīng)過步驟2)處理后產(chǎn)物的體積電阻率P，并稱取質(zhì)量為％的樣品3?5份，當電阻率P ^ I Ω.cm時,取11^=2.0OOg, I Ω.cm<電阻率P ^ 10 Ω.cm時，取叫=5.0OOg ；
4)石墨微晶的分離:將步驟3)中的3?5份樣品置于馬沸爐中，空氣氣氛下，溫度300?500°C之間灼燒4?5h，冷卻至常溫，稱量，當最后兩次稱量質(zhì)量差小于0.0Olg且時間間隔大于15min時，獲得生物質(zhì)導(dǎo)電炭中石墨微晶，稱取質(zhì)量為m2 ；
5)石墨微晶的分析:每份生物質(zhì)導(dǎo)電炭樣品中石墨微晶的含量為Hl2Al1，取平均值。
[0012]所述的步驟I)中酸溶液為鹽酸或硝酸，摩爾濃度為lmol/L。
[0013]以下將結(jié)合具體的實例對本發(fā)明作進一步的闡述，但不會以任何方式限制本發(fā)明。
[0014]實施例1
O生物質(zhì)導(dǎo)電炭的制備:根據(jù)國家發(fā)明專利:一種生物質(zhì)導(dǎo)電炭的制取方法(ZL200810023948.3)提及的方法，以氧化鎳與氧化鈣質(zhì)量比1:1混合，950°C炭化lh，制備生物質(zhì)導(dǎo)電炭；
2)酸洗處理:將生物質(zhì)導(dǎo)電炭浸潰到摩爾濃度為lmol/L的鹽酸溶液中攪拌12h ； 3)洗滌干燥:將步驟I)中酸洗后的生物質(zhì)導(dǎo)電炭置于濾紙上，用去離子水進行濾洗直至濾液呈中性后，置于溫度為100°C的干燥箱內(nèi)干燥3h，冷卻至常溫；
4)測量電阻并取樣:測量經(jīng)過步驟3)處理后產(chǎn)物的體積電阻率P =0.046 Ω.cm ^ I Ω.cm,所以稱取質(zhì)量11^=2.0OOg的樣品3份；
5)石墨微晶的分離:將步驟4)中的3份樣品置于馬沸爐中，空氣氣氛下，溫度控制在300°C灼燒4?5h，冷卻至常溫，稱量，當最后兩次稱量質(zhì)量差小于0.001g且時間間隔大于15min時,獲得生物質(zhì)導(dǎo)電炭中石墨微晶，二份樣品石墨微晶的質(zhì)量m2=0.413g、0.410g、0.413g ；
6)石墨微晶的測定:每份生物質(zhì)導(dǎo)電炭樣品中石墨微晶的含量為7%、20.5%、20.7%，取平均值20.6%。
[0015]實施例2
O生物質(zhì)導(dǎo)電炭的制備:根據(jù)國家發(fā)明專利:一種生物質(zhì)導(dǎo)電炭的制取方法(ZL200810023948.3)提及的方法，以氧化鎳與氧化鈣質(zhì)量比1:1混合，950°C炭化lh，制備生物質(zhì)導(dǎo)電炭；
2)酸洗處理:將生物質(zhì)導(dǎo)電炭浸潰到摩爾濃度為lmol/L的硝酸溶液中攪拌24h；
3)洗滌干燥:將步驟2)中酸洗后的生物質(zhì)導(dǎo)電炭置于濾紙上，用去離子水進行濾洗直至濾液呈中性后，置于溫度為150°C的干燥箱內(nèi)干燥6h，冷卻至常溫；
4)測量電阻并取樣:測量經(jīng)過步驟3)處理后產(chǎn)物的體積電阻率P =0.116 Ω.cm ^ I Ω.cm,所以稱取質(zhì)量mp.0OOg的樣品5份；
5)石墨微晶的分離:將步驟3)中的5份樣品置于馬沸爐中，空氣氣氛下，溫度500°C之間灼燒4?5h,冷卻至常溫,稱量，當最后兩次稱量質(zhì)量差小于0.0Olg且時間間隔大于15min時,獲得生物質(zhì)導(dǎo)電炭中石墨微晶，5份樣品石墨微晶的質(zhì)量m2=0.283g、0.285g、0.283g、0.286g、0.282g；
6)石墨微晶的測定:每份生物質(zhì)導(dǎo)電炭樣品中石墨微晶的含量為Iii2Ai1=H.2%> 14.3%、14.2%、14.3%、14.1%，取平均值 14.2%。
[0016]實施例3
O生物質(zhì)導(dǎo)電炭的制備:根據(jù)國家發(fā)明專利:一種生物質(zhì)導(dǎo)電炭的制取方法(ZL200810023948.3)提及的方法，以氧化鐵與碳酸鈣質(zhì)量比1:0.5混合，1000°C炭化2h，制備生物質(zhì)導(dǎo)電炭；
2)酸洗處理:將生物質(zhì)導(dǎo)電炭浸潰到摩爾濃度為lmol/L的鹽酸中攪拌24h；
3)洗滌干燥:將步驟2)中酸洗后的生物質(zhì)導(dǎo)電炭置于濾紙上，用去離子水進行濾洗直至濾液呈中性，再置于干燥箱內(nèi)，干燥溫度控制在120°C，時間為5h，冷卻至常溫；
4)測量電阻并取樣:測量經(jīng)過步驟3)處理后產(chǎn)物的體積電阻率P =0.239 Ω.cm ^ I Ω.cm,所以稱取質(zhì)量1^=2.0OOg的樣品4份；
5)石墨微晶的分離:將步驟4)中的3份樣品置于馬沸爐中，空氣氣氛下，溫度控制在300°C灼燒4?5h,冷卻至常溫,稱量，當最后兩次稱量質(zhì)量差小于0.0Olg且時間間隔大于15min時,獲得生物質(zhì)導(dǎo)電炭中的石墨微晶，二份樣品石墨微晶的質(zhì)量m2=0.201g、0.205g、
0.203g、0.203g ；
6)石墨微晶的測定:每份生物質(zhì)導(dǎo)電炭樣品中石墨微晶的含量為Hi2An1=1.1%、10.5%、10.3%, 10.3%，取平均值 10.3%O
[0017]實施例4
O生物質(zhì)導(dǎo)電炭的制備:根據(jù)國家發(fā)明專利:一種生物質(zhì)導(dǎo)電炭的制取方法(ZL200810023948.3)提及的方法，以氧化鎳與氧化鈣質(zhì)量比1:2混合，850°C炭化lh，制備生物質(zhì)導(dǎo)電炭；
2)酸洗處理:將步驟I)中的生物質(zhì)導(dǎo)電炭浸潰到強酸溶液中攪拌20h，酸為硝酸，摩爾濃度為lmol/L ；
3)洗滌干燥:將步驟2)中酸洗后的生物質(zhì)導(dǎo)電炭置于濾紙上，用去離子水進行濾洗直至濾液呈中性后置于溫度為150°C干燥箱內(nèi)干燥3h，冷卻至常溫；
4)測量電阻并取樣:測量經(jīng)過步驟3)處理后產(chǎn)物的體積電阻率P =0.074 Ω.cm ^ I Ω.cm,所以稱取質(zhì)量11^=2.0OOg的樣品4份；
5)石墨微晶的分離:將步驟4)中的4份樣品置于馬沸爐中，空氣氣氛下，溫度控制在400°C灼燒4?5h,冷卻至常溫,稱量，當最后兩次稱量質(zhì)量差小于0.0Olg且時間間隔大于15min時,獲得生物質(zhì)導(dǎo)電炭中的石墨微晶，4份樣品石墨微晶的質(zhì)量m2=0.326g、0.322g、
0.326g、0.320g ；
6)石墨微晶的測定:每份生物質(zhì)導(dǎo)電炭樣品中石墨微晶的含量為Hi2Ai1=Ie.3%> 16.1%、16.3%、16.0%，取平均值 16.2%ο
[0018]比較例
O生物質(zhì)炭化:將生物質(zhì)顆粒在900°C時直接炭化；
2)酸洗處理:將步驟I)中的生物質(zhì)導(dǎo)電炭浸潰到強酸溶液中攪拌24h，酸為硝酸，摩爾濃度為lmol/L ；
3)洗滌干燥:用去離子水對步驟2)中得到的產(chǎn)物進行充分洗滌直至最后得到的濾液呈中性，再將過濾后的顆粒置于干燥箱內(nèi)干燥，干燥溫度控制在120°C，時間為6h，冷卻至常溫；
4)測量電阻并取樣:測量經(jīng)過步驟3)處理后產(chǎn)物的體積電阻率Ρ=6.5Ω.cm,I Ω.cm< P <10Ω.cm,所以稱取質(zhì)量11^=5.0OOg的樣品3份；
5)石墨微晶的分離:稱步驟4)中的3份樣品置于馬沸爐中，空氣氣氛下，溫度控制在450°C灼燒4?5h，稱量，當最后兩次稱量質(zhì)量差小于0.0Olg且時間間隔大于15min時，獲得石墨微晶，4份樣品石墨微晶的質(zhì)量m2=0.103g、0.105g、0.105g ；
6)石墨微晶的測定:定量計算石墨微晶的含量為m2/mi=2.1%、2.1%、2.1%，取平均值2.1% ；
7)與XRD分析的對比:圖1、圖2為900°C采用催化劑與不采用催化劑的生物質(zhì)炭的XRD分析結(jié)果，生物質(zhì)導(dǎo)電炭的石墨峰較尖銳。
[0019]結(jié)合以上幾個實例可以看出，所取的兩份樣品得到的無定形碳與石墨微晶的比值相差很小，說明該方法具有穩(wěn)定性。另外所得的結(jié)果與電阻率的數(shù)據(jù)和圖1、圖2的XRD定性分析結(jié)果相吻合，證實了該方法的正確性。
【權(quán)利要求】
1.一種生物質(zhì)導(dǎo)電炭中石墨微晶的測定方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)酸洗處理:將生物質(zhì)導(dǎo)電炭浸潰到酸溶液中攪拌12?24h； 2)洗滌干燥:將步驟1)中酸洗后的生物質(zhì)導(dǎo)電炭置于濾紙上，用去離子水進行濾洗直至濾液呈中性后，置于100°C?150°C的干燥箱內(nèi)干燥3?6h，冷卻至常溫； 3)測量電阻并取樣:測量經(jīng)過步驟2)處理后產(chǎn)物的體積電阻率P，并稱取質(zhì)量為％的樣品3?5份，當電阻率P ^ 1 Ω.cm時，取11^=2.0OOg, 1 Ω.cm<電阻率P ^ 10 Ω.cm時，取叫=5.0OOg ； 4)石墨微晶的分離:將步驟3)中的3?5份樣品置于馬沸爐中，空氣氣氛下，溫度300?500°C之間灼燒4?5h，冷卻至常溫，稱量，當最后兩次稱量質(zhì)量差小于0.0Olg且時間間隔大于15min時，獲得生物質(zhì)導(dǎo)電炭中石墨微晶，稱取質(zhì)量為m2 ； 5)石墨微晶的測定:每份生物質(zhì)導(dǎo)電炭樣品中石墨微晶的含量為m2/mi，取平均值。
2.如權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)導(dǎo)電炭中石墨微晶的測定方法，其特征在于，所述的步驟1)中酸溶液為鹽酸或硝酸，摩爾濃度為lmol/L。
【文檔編號】G01N5/04GK104458485SQ201410743228
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月9日
【發(fā)明者】肖剛, 倪明江, 駱仲泱, 高翔, 岑可法, 方夢祥, 周勁松, 施正倫, 程樂鳴, 王勤輝, 王樹榮, 余春江 申請人:浙江大學(xué)